1、摘 要 本文主要介紹了利用凌陽科技公司 spce061a 單片機作為主控板進行非接觸 式紅外人體測溫設計的方案。spce061a 單片機作為整個系統的控制中心，負責 控制啟動溫度測量，接收測量數據，計算溫度值，并根據取得鍵值控制溫度語音 播放顯示過程，同時通過音頻輸出通道播報溫度值；紅外測溫模塊負責溫度的測 量、采集，并將采集數據通過數據端口傳送 spce061a 單片機；由 led 鍵盤模 組中的鍵盤控制溫度顯示和播放，數碼管顯示溫度值。本方案能實現非接觸式的 溫度測量，并且感應時間在 3 秒以內，分辨力達到 0.01c,精度在 0.5c 以內。 關鍵詞：spce061a 紅外測溫 非接觸式

2、 語音播放 abstract： this paper mainly introduced the use of sunplus spce061a as the master technology company plate contactless infrared temperature design scheme people it has been revealed. as the whole system spce061a the control center, be responsible for controlling the temperature measurement, sta

3、rt receiving temperature measurement data, calculation, and according to obtain the keys control temperature speech broadcast show process, and at the same time through audio output channel broadcasts temperature; infrared measuring temperature is responsible for temperature measurement, acquisition

4、, and will collect data transmitted through the data port spce061a; the keyboard module by led keyboard control temperature display and playback, digital temperature pipe display. this scheme can achieve contactless temperature measurement, and the induction time in 3 seconds , resolution to 0.01 c,

5、 precision in 0.5 c less than. keywords： spce061a infrared measuring temperature contactless speech broadcast 目 錄 1 引言.1 1.1 設計的目的 .1 1.2 設計的意義 .1 1.3 工程實際問題 .1 2 紅外測溫技術原理與方法.2 2.1 紅外測溫技術概述 .2 2.2 紅外測溫的原理 .3 2.3 紅外測溫的方法 .4 3 方案比較及總體方案的介紹.6 3.1 任務要求 .6 3.2 系統方案論證 .6 3.3 方案比較與選擇.8 4 人體紅外測溫系統的硬件設計.9 4.

6、1 重要器件的選擇 .9 4.2 單片機處理模塊 .9 4.3 紅外測溫模塊 .14 4.4 按鍵和顯示電路 .16 4.5 音頻輸出模塊 .18 4.6 電源模塊 .18 5 紅外測溫系統的軟件設計.20 5.1 軟件結構 .20 5.2 主程序模塊 .21 5.3 測量溫度模塊 .23 5.4 播放顯示程序 .24 5.5 中斷服務程序 .25 6 總結.27 謝 辭.28 參考文獻：.29 附錄一：非接觸式紅外人體測溫儀的電路原理圖.30 附錄二：系統源程序.31 1 引言 1.1 設計的目的 目前，公知的測量人體溫度的有傳統水銀、電子體溫計等。隨著社會節奏的加快父母在 忙碌中抽出時間幫

7、助孩子測體溫是一件非常麻煩的事，而且由于兒童好動，既耗費時間又費 精力；老年人活動不便，使用傳統的體溫計很不方便，而且由于人老眼花，也不能看清體溫 計汞柱的位置；在人流量大，人群密集的地方，針對體溫升高為特征的疾病檢查時，利用這 些傳統的水銀、電子體溫計測量溫度也極為不方便、且低效；在針對因體溫升高為特征的傳 染疾病時，因需要接觸身體才能測溫時，極不衛生、安全；而且水銀、電子體溫計的功能也 極為單一，這在人流量大，人群密集的地方，給醫護人員檢測病情帶來極大的不便。紅外測 溫儀人流量大，人群密集的地方能在流動人群中大面積、快速、準確地甄別發熱患者，能廣 泛地應用于國境口岸和公共場所的體溫篩查。

8、1.2 設計的意義 紅外測溫儀具有許多傳統檢驗檢疫手段不可比擬的優點，由于大多數傳染病的發生和發 展常常伴隨著體溫升高，因此，快速篩選和排查出發熱患者，對于發現和控制傳染源，防止 疫情傳人傳出、避免疫情擴散都具有非常重要的意義。紅外測溫儀能人流量大，人群密集的 地方快速、準確的甄別出發熱患者，為醫護人員檢測病情帶來了極大的方便，能更有效的預 防和控制因體溫升高為特征的傳染疾病的傳播。 1.3 工程實際問題 采用單片機作為控制板，控制溫度的測量、顯示和語音播報，具備spi接口，方便與 mcu連接，設計制作了單片機控制系統、a/d、d/a轉換電路、語音電路和鍵盤顯示電路，并 設計相關軟件。 采用紅

9、外測溫傳感器測溫，設計溫度檢測電路，實現遠距離和非接觸測溫，根據天氣情 況，理論距離可達30米。 實現目標量程：-30-200,工作溫度：-10-50，精度：0.5，反應時間：1sec。 2 紅外測溫技術原理與方法 普通溫度測量技術經過相當長時間的發展已近于成熟。目前，隨著經濟的發展日益需要 的是在特殊條件(如高溫、強腐蝕、強電磁場條件下或較遠距離)下的溫度測量技術。因此， 當前研究的重點也在于此。 2.1 紅外測溫技術概述 體溫計又稱“醫用溫度計” 。體溫計的工作物質是水銀。它的液泡容積比上面細管的容 積大的多。泡里的水銀由于受到體溫的影響，產生微小的變化，水銀體積的膨脹，使管內水 銀柱的長

10、度發生明顯的變化。人體溫度的變化一般在 35到 42之間，所以體溫計的刻度 通常是 35到 42，而且每度的范圍又分成為 10 份，因此體溫計可精確到 1/10 度。體溫 計是一種最高溫度計，它可以記錄這溫度計所曾測定的最高溫度。用后的體溫計應“回表” ， 即拿著體溫計的上部用力往下猛甩，可使已升入管內的水銀，重新回到液泡里。其它溫度計 絕對不能甩動，這是體溫計與其他液體溫度計的一個主要區別。 第一個體溫計是伽利略在 16 世紀時發明的。但直到 300 年后才設計出使用方便、性能 可靠的體溫計。 水銀儲存在末端的水銀球內。當水銀被加熱時，它會發生膨脹，沿著非常狹窄的玻璃管 上升。所以，體溫的小

11、小變化就會導致玻璃管內水銀的大幅度上升。量完體溫后，得用力甩 動體溫計，使水銀回到水銀球內。 體溫計是在溫度計的基礎上研制成功的。1714 年，德國物理學家華倫海特研制了在水的 冰點和人的體溫范圍內設定刻度的水銀體溫計。1742 年又發明了 0100的攝氏溫標，從 此實現了體溫計的刻度標準化。 1980 年前后，發明了會說話的體溫計。膜狀液晶體溫計在體溫正常時呈現綠色，低燒呈 現黃色，高燒呈現紅色。 1988 年，出現了電子呼吸脈搏體溫計，可以進行遙測。 到了現代，開始流行使用電子體溫計。電子體溫計分為實測式電子溫度計和預測式電子 體溫計兩種，可通過數字觀看，比較方便。 在 2003 年全國防

12、“非典”斗爭中，中科院上海技術物理研究所在 863 計劃高技術成果 的基礎上對紅外技術應用于非接觸式測溫進行了深入研究，在短時間內開發成功了“非接觸 式紅外測溫儀” ，打開了國內“非接觸式測量”的新篇章，但由于這種裝置受一定因素影響， 測量結果還有待進一步進行校正。紅外線體溫計分為耳式紅外線體溫計和紅外線前額測溫儀， 測定時間為 1-3 秒，快速、安全。 在國外，非接觸式紅外測溫儀已經非常先進了，自 1999 年就有許多國家致力于這方面 的開發研究，到現在為止很多國家的產品已經達到國際先進水平，并已廣泛應用于各個領域。 比如：美國早在 2001 年就頒布了有關紅外測溫儀的計量標準，美國雷泰公司

13、生產的 st 系列 紅外測溫儀已達到世界領先水平。由于紅外測溫儀測量溫度范圍寬，除了用于人體溫度檢測 外，還可用于電器的紅外測溫、供暖的紅外測溫、運輸/汽車維修時的紅外測溫等各個領域。 非接觸式紅外測溫也叫輻射測溫，一般使用熱電型或光電探測器作為檢測元件。此溫度 測量系統比較簡單，可以實現大面積的測溫，也可以是被測物體上某一點的溫度測量；可以 是便攜式，也可以是固定式，并且使用方便；它的制造工藝簡單，成木較低，測溫時不接觸 被測物體，具有響應時間短、不干擾被測溫場、使用壽命長、操作方便等一系列優點，但利 用紅外輻射測量溫度，也必然受到物體發射率、測溫距離、煙塵和水蒸氣等外界因素的影響， 其測量

14、誤差較大。 在這種溫度測量技術中紅外溫度傳感器的選擇是非常重要的，而且不僅在點溫度測量中 要使用紅外溫度傳感器，大面積溫度測量也可使用紅外溫度傳感器。 2.2 紅外測溫的原理 紅外測溫儀的測溫原理是黑體輻射定律，在給定的溫度和波長下,物體發射的輻射能有 一個最大值,這種物質稱為黑體,并設定它的反射系數為1 ,其它的物質反射系數小于1 ,稱為 灰體,由于黑體的光譜輻功率pb (t) 與絕對溫度t 之間滿足普朗克定理： （2-1） 1 / 5 1 2 e c tp c b 其中 pb (t) 為黑體的輻射出射度； 為波長； t 為絕對溫度； c1， c2 為輻射常數， 它說明在絕對溫度 t 下，長

15、 處單位面積上黑體的輻射功率為 pb (t)。 紅外測溫必須根據波長劃分測溫范圍， 高溫在短波處,低溫在長波處， 且它的靈敏度 高(曲線陡峭) ， 抗干擾性強.根據斯特藩玻耳茲曼定理：黑體的輻出度(黑體表面單位面積 上所發射的各種波長的總輻射功率) pb ( t) 與溫度t 的4 次方成正比,即： pb（t）=t4 （2-2） 式中為斯特藩常數, t 為熱力學溫度. 黑體輻射機理正是紅外測溫技術的理論基礎. 如果在 條件相同情況下,物體輻射的功率總是小于黑體的功率,即物體的單色輻 出度 p( t) 小于黑體的單色輻出度 pb ( t) , 將它們之比稱為物體的單色黑度 () , 即實際 物體接

16、近黑體的程度。 () = p( t) / pb ( t) (2-3) 考慮到物體的單色黑度 () 是不隨波長變化的常數,即 () = ,它是隨不同物質而值不 同,即使是同一種物質因其結構不同值也不同, 只有黑體 =1 ,而一般灰體 0 1. 由(2-2) 可得 p（t）=pb（t） ；p（t）=t4 所測物體的溫度 (2-4) 4 )( tp t 式(4) 正是物體的熱輻射測溫的數學描述。 2.3 紅外測溫的方法 通過測量輻射物體的全波長的熱輻射來確定物體的輻射溫度的稱為全輻射測溫法；通過 測量物體在一定波長下的單色輻射亮度來確定它的亮度溫度的稱為亮度測溫法；通過被測物 體在兩個波長下的單色輻

17、射亮度之比隨溫度變化來定溫的稱為比色測溫法。 亮度測溫法無需環境溫度補償，發射率誤差較小，測溫精度高，但工作于短波區，只適 于高溫測量。比色測溫法的光學系統可局部遮擋，受煙霧灰塵影響小，測溫誤差小，但必須 選擇適當波段，使波段的發射率相差不大。本文選用全輻射測溫法來計算被測量物體的溫度， 全輻射測溫法是根據所有波長范圍內的總輻射而定溫，得到的是物體的輻射溫度。選用這種 方法是因為中低溫物體的波長較大，輻射信號很弱，而且結構簡單，成本較低。 由普朗克公式可推導出輻射體溫度與檢測電壓之間的關系式： v=rat4=kt4 （2-5） 式中 k=ra，由實驗確定，定標時 取 1 t被測物體的絕對溫度

18、r探測器的靈敏度 a與大氣衰減距離有關的常數 輻射率 斯蒂芬玻耳茲曼常數 因此，可以通過檢測電壓而確定被測物體的溫度，上式表明探測器輸出信號與目標溫度 呈非線性關系，v 與 t 的四次方成正比，所以要進行線性化處理。線性化處理后得到物體的 表觀溫度，需進行輻射率修正為真實溫度，其校正式為： （2-6） 4 ( ) tr t t 式中 tr輻射溫度(表觀溫度) (t)輻射率，取 0.10.9 由于調制片輻射信號的影響，輻射率修正后的真實溫度為高于環境的溫度，還必須作環 溫補償，即真實溫度加上環溫才能最終得到被測物體的實際溫度。 3 方案比較及總體方案的介紹 3.1 任務要求 采用已學過的微處理器

19、（如單片機或 dsp 等）和電子技術知識，設計制作一個可以測量 目標溫度和環境溫度的非接觸式紅外測溫裝置，主要內容如下： （1）led+鍵盤模塊進行溫度測量和顯示，采用單片機作為控制板，控制溫度的測量、 顯示和語音播報，具備 spi 接口，方便與 mcu 連接，主要設計制作單片機控制系統、 a/d、d/a 轉換電路、語音電路和鍵盤顯示電路，設計相關軟件。 （2）采用紅外測溫傳感器測溫，設計溫度檢測電路，裝置可以測量目標溫度和環境溫 度，實現遠距離和非接觸測溫，根據大氣狀況，理論距離可達30米。 （3）實現目標量程：-30200，工作溫度：-1050精度：0.5，反應時間： 1sec。 3.2

20、系統方案論證 方案一：基于fpga的高精度紅外測溫系統的研究與實現。方案中針對紅外測溫系統測 溫精度受到環境影響大，擬合曲線和查找表法測量精度低和數據量大，難以在嵌入式系統中 實現的缺點，提出了一種雙多分段溫度標定法，利用溫度和灰度的對應關系，對溫度和灰度 首先進行分段標定，再分別進行多分段標定，并在fpga上實現了該方法。該方案能效地克 服測量精度低和數據量大的問題，再利用溫度傳感器對環境溫度的監測進行相應的溫度補償， 可減少環境溫度引起的測量誤差。方案一的硬件系統框圖如圖3-1所示。 紅外攝像頭采集 tftlcd 顯示 觸摸屏 fpga 系統 flash配置芯片 ep2c35 vga 控制

21、器sdram 電路電源 復位電路 溫度采集 圖 3-1 基于 fpga 的高精度測溫系統框圖 從圖3-1可看出，系統首先經過紅外攝像頭進行圖像的采集，得到相應的灰度圖像， fpga作為系統的核心部件，主要是實現相應的圖像處理(如數字濾波，偽彩色變換，圖像銳 化等)以及溫度的計算，然后在tft lcd上顯示，通過觸摸屏選擇相應的待測點進行溫度的測 定，由于外界環境對于實際溫度的測量有很大的影響，可以通過溫度傳感器測定外界的溫度， 然后進行過相應的補償。 方案二：基于凌陽spce061a單片機為核心部件的紅外測溫系統的實現。方案二以凌陽 61單片機作為整個系統的控制中心，負責控制啟動溫度測量，接收

22、測量數據，計算溫度值， 并根據取得鍵值控制播放顯示過程，同時通過音頻輸出通道播報溫度值；紅外測溫模塊負責 溫度的測量、采集，并將采集數據通過數據端口傳送spce061a單片機；由led鍵盤模組中 的鍵盤控制溫度顯示和播放，數碼管顯示溫度值。本方案能實現非接觸式的溫度測量，并且 感應時間在3秒以內，分辨力達到0.01c,精度在0.5c以內。方案二的系統總體結構框圖如 圖3-2所示。 spce061a 紅外模塊 電源模 塊 led 顯示模塊 鍵盤模 塊 電源模塊 音頻模塊 圖3-2 基于61單片機的紅外測溫系統原理框圖 方案二采用模塊化的設計思想，把整個系統分成若模塊分別予以解決，它包括主程序模

23、塊，紅外測溫模塊、鍵盤掃描模塊、電源模塊、音頻輸出模塊和顯示模塊。主程序模塊主要 完成系統的初始化，溫度的檢測，串行口通信，鍵盤和顯示等功能。其中初始化包括時間中 斷的初始化、外部中斷源的初始化、串口通信中斷的初始化，led顯示的初始化。紅外測溫 模塊包括獲取溫度數據，計算溫度值。鍵盤掃描模塊包括獲取按鍵信息，處理按鍵請求等。 顯示模塊包括獲取并處理相應的溫度數據。電源模塊能提供3.3v或者5v的電壓。 3.3 方案比較與選擇 方案一利用紅外熱成像技術實現溫度監控和檢測有著精度高(可分辨001的溫度差)、 非接觸、實時快速、測溫范圍寬、形象直觀等優點。方案二中的tn9紅外傳感器模塊能實現 非接

24、觸式的溫度測量，并且感應時間在3秒以內，分辨力達到0.01c,精度在0.5c以內。 由于本設計為非接觸式紅外人體測溫儀的設計，利用方案二能夠更好更快捷的實現設計預達 到的要求，單片機處理系統能直接與pc機進行信息傳遞，從而對系統的改進和完善起到更好 的作用，因此，本次設計采用方案二基于凌陽61單片機為核心部件的紅外測溫系統，采用模 塊化的設計。 4 人體紅外測溫系統的硬件設計 4.1 重要器件的選擇 本設計是軟硬件的綜合體，每一個模塊的選擇都會對整個系統產生影響，選擇的硬件模 塊好壞決定了本設計所能達到的高度，所以對比較重要的模塊必須要通過對比選擇，揚長避 短。 紅外測溫設計各模塊：溫度傳感器

25、有兩個方案可供選擇：一是采用紅外溫度傳感器選用 tps334。tps334紅外溫度傳感器鏡頭帶有濾波器，敏感系數高。二是采用凌陽公司生產的型 號為tn9紅外溫度傳感器，它是一種集成的紅外探測器，內部有溫度補償電路和線性處理電 路，輸出數字信號，它的響應速度快、精度高、穩定性好，測量距離大約為30米，測量回應 時間大約為0.5秒。而且它具備spi接口，可以很方便地與單片機傳輸數據。因此選用tn9紅 外傳感器。 顯示模塊：顯示部分選用共陰數碼管，由三極管來驅動。數碼管具有耗能低、電壓低、 壽命長、對外界環境要求低，易于維護等優點，其電路復雜，占用資源較多，顯示信息少， 不宜顯示大量信息。因為選用串

26、行 ad 處理模塊，節省了多數串口，因此選用數碼管顯示。 音頻輸出模塊：spce061a 內置 2 路 10 位精度的 dac，只需要外接功放電路即可完成語 音的播放。 電源模塊：spce061a 單片機的內核供電為 3.3v，而 i/o 端口可接 3.3v 也可以接 5v，所 以在電源模塊中有一個端口供電平選擇。 4.2 單片機處理模塊 spce061a 最小系統中，包括 spce061a 芯片及其外圍的基本模塊，其中外圍的基本模 塊有：晶振輸入模塊（osc）、鎖相環外圍電路（pll）、復位電路（reset）、指示燈 （led）等，如圖 4-1 所示。 圖 4-1 spce061a 單片機最

27、小系統圖 單片機作為紅外測溫系統的核心處理部件，它關系到整個系統的性能指標。因此它的選 擇是非常重要的。本測溫系統選擇的 spce061a 單片機，下面是 spce061a 單片機相關資料信 息： spce061a 是凌陽科技研發生產的性價比很高的一款十六位單片機，具有易學易用且效 率較高的一套指令系統和集成開發環境。在此環境中，支持標準 c 語言，可以實現 c 語言 與凌陽單片機匯編語言的互相調用，并且，提供了語音錄放和語音識別的庫函數，只要了解 庫函數的使用方法，就會很容易完成語音錄放，為軟件開發提供了方便的條件： spce061a 片內還集成了一個 ice（在線仿真電路）接口，使得對該芯

28、片的編程、仿真變得非常方便， 而 ice 接口不占用芯片上的硬件資源，結合凌陽科技提供的集成開發環境（unsp ide）， 用戶可以進行貼近真實的在線調試、仿真；而程序的下載（燒寫）也是通過該接口進行下載。 圖 4-2 為 spce061a 單片機的內部結構框圖： 圖 4-2 spce061a 系統內部結構圖 4.2.1 spce061a 單片機的特性 （1）16 位 nsp微處理器； （2）工作電壓(cpu) vdd 為 2.43.6v (i/o) vddh 為 2.45.5v （3）cpu 時鐘：0.32mhz49.152mhz ； （4）內置 2k 字 sram； （5）內置 32k f

29、lash； （6）可編程音頻處理； （7）晶體振蕩器; （8）系統處于備用狀態下(時鐘處于停止狀態)，耗電僅為 2a3.6v； （9）2 個 16 位可編程定時器/計數器(可自動預置初始計數值)； （10）2 個 10 位 dac(數-模轉換)輸出通道； （11）32 位通用可編程輸入/輸出端口； （12）14 個中斷源可來自定時器 a / b，時基，2 個外部時鐘源輸入，鍵喚醒； （13）具備觸鍵喚醒的功能； （14）使用凌陽音頻編碼 sacm_s240 方式(2.4k 位/秒)，能容納 210 秒的語音數據； （15）鎖相環 pll 振蕩器提供系統時鐘信號； （16）32768hz 實時時

30、鐘； （17）7 通道 10 位電壓模-數轉換器(adc)和單通道聲音模-數轉換器； （18）聲音模-數轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制(agc)功能； （19）具備串行設備接口； （20）具有低電壓復位(lvr)功能和低電壓監測(lvd)功能； （21）內置在線仿真電路 ice（in- circuit emulator）接口； （22）具有保密能力； （23）具有 watchdog 功能。 4.2.2 spce061a 引腳的排列和說明 spce061a 有 84 個引腳，為 plcc84 封裝形式；它的引腳排列如圖 4-3 所示；引腳的 描述如表 4-1 所示。 圖 4-3 s

31、pce061a 單片機的引腳圖 表 4-1 spce061a 單片機的引腳描述表 管腳名稱管腳編號描述 ioa15-86053雙向 io 端口 ioa7-04841ioa7-0：通過編程，可設置成喚醒管腳 ioa6-0：與 adc line_in 輸入共用 iob15-116864雙向 io 端口 iob10-58176iob10：通用異步串行數據發送管腳 tx iob9：timerb 脈寬調制輸出管腳 bpwmo iob8：timera 脈寬調制輸出管腳 apwmo iob7：通用異步串行數據接收管腳 rx iob6：雙向 io 端口 iob5：外部中斷源 ext2 的反饋管腳 iob4-0

32、15iob5：外部中斷源 ext2 的反饋管腳 iob4：外部中斷源 ext1 的反饋管腳 iob3：外部中斷源 ext2 iob2：外部中斷源 ext1 iob1：串行接口的數據傳送管腳 iob0：串行接口的時鐘信號 dac121dac1 數據輸出管腳 dac222dac2 數據輸出管腳 osci13振蕩器輸入，在石英晶振模式下，是石英元件的一個輸入腳 osco12振蕩器輸出，在石英晶振模式下，是石英元件的一個輸出腳 res-b6復位輸入。若這個腳輸入低電平，會使得控制器被重新復位 micout27麥克風 1 階放大器輸出管腳，管腳外接電阻決定 agc 增益倍數 opi26麥克風 2 階放大

33、器輸入管腳 vdd15，36邏輯電源的正向電壓 vadref22ad 參考電壓(由內部 adc 產生) vss19，24邏輯電源和 io 口的參考地 avss9模擬電路（a/d、d/a 和 2v 穩壓源）參考地 avdd7模擬電路（a/d、d/a 和 2v 穩壓源）正向電壓 reset68低電平有效的復位管腳 vref2232v 參考電壓輸出腳 vddh51,52,75io 端口的正向電壓管腳 sleep63睡眠模式(高電平激活) ice16激活 ice(高電平激活) icesck17ice 串行接口時鐘管腳 icesda18ice 串行接口數據管腳 xtest14測試模式時接高電平，正常模式

34、時接地 gnd 或懸浮 xromt61測試閃爍存儲器，正常模式時懸浮 n/c4，6，55正常使用時接地 pfuse,pvin20，29程序保密設定腳。用戶慎重使用。 vcp8瑣相環壓控振蕩器的阻容輸入 vcm34adc 參考電壓輸出腳 vrt35a/d 轉換外部參考電壓輸入腳，它決定 a/d 轉換輸入電壓上限值。例如： 該點輸入一個 2.5v 的參考電壓，則 a/d 轉換電壓輸入范圍為 02.5v。 （外部 a/d 最高參考電壓3.3v） 4.3 紅外測溫模塊 紅外測溫模塊采用非接觸測溫手段，解決了傳統測溫中需要接觸的問題，具有回應速度 快、測量精度高、測量范圍廣以及可同時測量目標溫度和環境溫

35、度的特點。紅外測溫模塊根 據大氣狀況最遠測溫距離約 30m，測量回應時間大約為 0.5s，而且，它具備 spi 接口，可 以很方便地與 mcu 傳輸數據。 4.3.1 紅外測溫模塊引腳介紹 紅外測溫模塊的引腳圖如圖 4-4 所示，其中 v 為電源電壓引腳 vcc，vcc 一般為 3v 到 5v 之間的電壓，一般取 vcc 為 3.3v；d 為數據接收引腳，沒有數據接收時 d 為高電 平；c 為 2khz clock 輸出引腳；g 為接地引腳；a 為測溫啟動信號引腳，低電平有效。 紅外測溫模塊引出 5 個引腳，其中 v 和 g 分別接電源和地即可；d 接 61 板 ioa15，傳輸給 61 板測

36、量數據；c 接 61 板的 ioa14，則通過 ioa14 就可以檢測到紅外 測溫模塊時鐘；a 接 61 板的 ioa13，這樣只要從 ioa13 輸出低電平，就可以啟動測溫。 圖 4-4 紅外測溫模塊引腳圖 4.3.2 紅外測溫模塊時序圖 紅外測溫模塊的時序圖如圖 4-5，在 clock 的下降沿接收數據，一次溫度測量需接收 5 個字節的數據，這五個字節中：item 為 0 x4c 表示測量目標溫度，為 0 x66 表示測量環境 溫度；msb 為接收溫度的高八位數據；lsb 為接收溫度的低八位數據；sum 為驗證碼，接 收正確時 sum=item+msb+lsb；cr 為結束標志，當 cr

37、為 0 x0dh 時表示完成一次溫度數 據接收。 圖 4-5 紅外測溫模塊的時序圖 4.3.3 紅外測溫模塊溫度值的計算 無論測量環境溫度還是目標溫度，只要檢測到 item 為 0 x4ch 或者 0 x66h 同時檢測到 cr 為 0 x0dh，它們的溫度的計算方法都相同。計算公式為 目標溫度/環境溫度 = temp/16 273.15 其中 temp 為十進制，當把它轉換成十六進制時高八位為 msb，低八位為 lsb；比如 ms 為 0 x14h，lsb 為 0 x2ah， 則 temp 十六進制時為 0 x142ah， 十進制時為 5162， 測溫度值為 5162/16-273.15=4

38、9.475。 4.4 按鍵和顯示電路 按鍵和顯示功能采用配套的 led 鍵盤模組實現，其中按鍵選擇 18 獨立按鍵，顯示采 用 6 位 8 段數碼管動態顯示。電路原理如圖 4-6 和圖 4-7 所示。iob 口高八位連接 8 個 按鍵的 col8col1，ioa 口低八位控制數碼管的段信號，iob 的低八位分別控制數碼管 的位信號、發光二極管的公共端和第 4 位數碼管后時鐘冒號 d_dp 的位信號，其中 iob 的低八位接 uln2003a 的 in1-in7，iob6 控制發光二極管的公共端（本方案中沒有用到發光 二極管模塊），iob7 控制第 4 位數碼管后時鐘冒號 d_dp 的位信號，該

39、信號低電平有效， 配合時鐘冒號 d_dp 的段信號就可以點亮或者熄滅時鐘冒號。 圖 4-6 18 獨立按鍵原理圖 圖 4-7 8 段 6 位動態顯示電路原理圖 （1）unl2003a 芯片 其內部為三極管陣列，其 in 腳相當于三極管的 b 極，out 較相當于三極管的 c 極。 若 in 腳輸入高電平，對應的 out 腳接地；in 腳輸入低電平，對應的 out 腳截止輸出。 in1in7 為輸入信號，out1out7 為輸出信號。輸入信號高有效。 uln2003a 元件圖如圖 4-8： 圖 4-8 uln2003a 元件圖 （2）共陰極 2 位數碼管 wd5621cx wd5621cx 元件

40、圖如圖 4-9： 圖 4-9 wd5621cx 元件圖 圖中：adp 為數碼管的段信號，g1、g2 為 2 位數碼管的位信號。段信號高有效，位 信號低有效。 （3）共陰極 4 位數碼管 wd5641ex wd5641ex 元件圖如圖 4-10： 圖 4-10 wd5641ex 元件圖 圖中：adp 為數碼管的段信號，d1、d2 為時鐘冒號的段信號；g1g4 為 4 位數碼管 的位信號，g5 為時鐘冒號的位信號。段信號高有效，位信號低有效。 4.5 音頻輸出模塊 spce061a 內置 2 路 10 位精度的 dac，只需要外接功放電路即可完成語音的播放。 圖 4-11 是音頻輸出電路圖。可以直

41、接聽喇叭輸出的聲音。圖中的 spy0030 也是凌陽公司的 產品。和 lm386 相比，spy0030 還具有下述優勢的，比如 lm386 工作電壓需在 4v 以上, spy0030 僅需 2.4v 即可工作(兩顆電池即可工作)； lm386 輸出功率 100mw 以下, spy0030 約 700mw。spy0030 是凌陽公司開發的專門用于語音信號放大的芯片，它的增益如下所示： gain=25000/(5000+r1) 圖 4-11 音頻輸出電路圖 4.6 電源模塊 采用 3 節 5 號電池進行供電，由 j10 接入。其中的前后兩組電容用來去耦濾波，使其 供給芯片的電源更加干凈平滑。為了獲

42、得標準的 3.3v 電壓，在板子上加入 spy0029 三端 穩壓器。兩個二極管，是為防止誤將電源接反造成不必要損失而設置的，在操作過程中千萬 不要將電源接反，因為反向電壓超過一定的值，二極管將會被損壞，達不到保護的目的。后 面的零電阻及其電源、地分成不同的幾路是為減少電磁干擾設置的 spce061a 的內核供電為 3.3v，而 i/o 端口可接 3.3v 也可以接 5v，所以在電源模塊中有一個端口電平選擇跳線，如 圖中的 j5，圖 4-12 為電源模塊圖。 圖 4-12 電源模塊圖 圖 4-12 中 j10 是電源接口，spce061a 電壓要求為 3.3v，而 i/o 端口的電壓可以選擇

43、3.3v 也可以選擇 5v。所以，在電路上具有兩種工作電壓：5v 和 3.3v。對應的引腳中 15、36 和 7 必須為 3.3v, 對于 i/o 端口的電壓 51、52、75 可以是 3.3v 也可以是 5v，這兩種電平的選擇通過跳線 j5 來控制。61 板的供電電源系統采用用戶多種選擇方式： （1）dc5v 電池供電。用戶可以用 3 節電池來供電。 5v 直流電壓直接通過 spy0029 （相當于一般 3.3v 穩壓器） 穩壓到 3.3v，為整個電路提供了 4.5v 和 3.3v 兩種電平的電 壓。 （2）dc5v 穩壓源供電。 用戶可以直接外接 5v 的直流穩壓源供電。5v 電壓再通過

44、spy0029 穩壓到 3.3v。 （3）dc3v 供電。可以提供直流 3.3v 電壓為實驗進行供電。此時整個電路只有 3.3v 電壓，i/o 端口電壓此時只有一種選擇。 5 紅外測溫系統的軟件設計 5.1 軟件結構 軟件結構圖如圖 5-1，圖中可以看出各文件之間的調用關系。 main.c tndriveruser.cplaydata.ckey.c tnrfdriver.asm dig.asm isr.asm 圖 5-1 紅外測溫軟件結構圖 下面介紹上圖中各個文件里定義的函數及其功能。 tndriveruser.c 文件里包含了 tn_ir_getdata 函數和一個延時函數，tn_ir_ge

45、tdata 函數的功能是讀取測量結果并計算溫度值。這是一個用戶端函數，直接調用 tn_ir_getdata 函數就可以得到測量數據。 tnrfdriver.asm 文件是底層驅動文件，包含了紅外模塊初始化函數 tn_initalio、紅外 模塊啟動函數 tn_irack_en 和讀測量數據函數 tn_readdata；其中 tn_initalio 函數主 要進行控制端口初始化，tn_irack_en 函數用來啟動測量，tn_readdata 函數用來讀取測 量數據。 playdata.c 文件里包含 playsnd_auto 自動播放語音函數和 f_tempplayandshow 溫度值 顯示

46、播報函數，在主函數里直接調用 f_tempplayandshow 就可以播放并且顯示已經計算好 的溫度值。 key.c 是一個鍵盤底層驅動文件，包含鍵盤控制端口初始化函數 key_init 和鍵 盤掃描函數 keyscan 函數。 dig.asm 是數碼管底層驅動文件，包含數碼管控制端口初始化函數 dig_init，設置數碼 管某一位的顯示內容函數 dig_set，設置所有數碼管的顯示內容函數 dig_setall，獲取某一 位數碼管的顯示內容函數 dig_get，獲取所有數碼管的顯示內容函數 dig_getall，數碼管顯 示函數 dig_drive，停止數碼管顯示函數 dig_off 和恢

47、復數碼管顯示函數 dig_on。 isr.asm 文件里定義了各個中斷函數，其中在_fiq 中斷服務函數里調用 f_fiq_service_sacm_s480 函數播放語音，在_irq4 的 4khz 中斷里調用數碼管顯示函數 dig_drive 實現數碼管的動態刷新顯示。 main.c 文件里包含了 mian（）一個函數，函數調用鍵盤掃描程序掃描鍵盤，根據返回 的鍵值，調用 tn_ir_getdata 得到測量數據，計算成溫度值后進行播放并顯示。 5.2 主程序模塊 主程序流程圖如圖 5-2，初始化紅外測溫模塊，初始化鍵盤；進入主程序循環，調用鍵 盤掃描程序掃描鍵盤，根據鍵值散轉： 如果第一

48、個鍵（k1）按下，調用測量溫度程序測量，判斷是否正確測到目標溫度，否則 繼續測量，直到測到正確數據；是則播放并顯示目標溫度值。然后再調用測量溫度程序測量， 判斷是否正確測到環境溫度，否則繼續測量，直到測到正確數據；是則播放并顯示環境溫度 值； 如果第二個鍵（k2）按下，調用測量溫度程序測量，判斷是否正確測到目標溫度，否則 繼續測量，直到測到正確數據；是則播放并顯示溫度值； 如果第三個鍵（k3）按下，調用測量溫度程序測量，判斷是否正確測到環境溫度，否則 繼續測量，直到測到正確數據；是則播放并顯示溫度值；如果沒有鍵盤按下，則返回重新掃 描鍵盤。 開始 初始化紅外測溫模塊 初始化鍵盤 掃描鍵盤取鍵值

49、 判斷哪個按鍵按下 測量目標溫度 測量目標溫度 測量環境溫度 判斷是否測到 正確目標溫度 判斷是否測到 正確目標溫度 判斷是否測到 正確環境溫度 播報并顯示目標溫度播報并顯示目標溫度播報并顯示環境溫度 測量環境溫度 判斷是否測到 正確環境溫度 播報并顯示環境溫度 k1k2k3 nnn yy n y n y 圖 5-2 主程序流程圖 5.3 測量溫度模塊 在主程序中，調用了測量溫度程序測量數據。程序流程圖如圖 5-3，定義一個返回變量， 根據這個返回變量在主程序可以判斷是否測量到正確數據；調用啟動測量程序啟動測溫；調 用讀測量數據程序讀取測量數據；判斷第一個字節數據是否為 0 x4c 或者 0

50、x66，也就是判斷 是否測到目標溫度或者環境溫度，是則依次取第二個字節數據和第三個字節數據，如果第五 個字節數據為 0 x0d，則證明讀到正確數據，根據溫度計算公式計算溫度值，并且給返回變 量賦 0，表明已經讀到正確的溫度值；否則直接返回。 開始 定義返回變量，并賦 一個不為 0 的數 啟動測溫 讀取測量溫度 讀到第一個字節數據 為 0x4c 或者 0x66 取第二個字節數據 取第三個字節數據 讀到第五個字 節數據為 0x0d 計算溫度值 返回變量賦 0 延時 關閉測量 返回 n y n y 圖 5-3 讀測量數據程序流程圖 5.4 播放顯示程序 該系統采用自動播放方式，顯示時調用數碼管驅動函

51、數直接顯示。流程圖如圖 5-4，百 位顯示在第二位數碼管，十位顯示在第三位數碼管，個位顯示在第四位數碼管，小數點后第 一位顯示在第五位數碼管，小數點后第二位顯示在第六位數碼管. 溫度值為 0？ 計算溫度值的百位,十位, 個位,小數點后第一位和小 數點后第二位數據 百位數據 為 0？ 顯示百位數據 播放百位數據 播放“百” 十位數據 為 0？ 顯示十位數據 播放“十” 播放十位數據 顯示個位數據 個位數據 為 0？ 播放個位數據 播放“點” 顯示小數點后 第一位數據 播放小數點后 第一位數據 顯示小數點后 第二位數據 播放小數點后 第二位數據 播放攝氏度 返回 y n n y n y y n 開

52、始 圖 5-4 播報顯示程序流程圖 5.5 中斷服務程序 該系統中用到了兩個中斷，一個是 fiq 中斷，在這個中斷里調用 f_fiq_service_sacm_s480 函數進行語音解碼播放；另一個用到的中斷是 irq4_4khz，這個 中斷里調用數碼管顯示函數 f_dig_drive 刷新顯示。fiq 中斷服務程序流程圖和 irq4 中斷 服務程序流程圖分別如圖 5-5 和圖 5-6。 圖 5-5 fiq 中斷服務程序流程圖 寄存器入棧 判斷是否是 fiq_tma 中斷? 判斷是否是 fiq_tmb 中斷? 清 fiq_tmb 中斷標志 調用 f_fiq_service_sacm_s4 80

53、 函數 清 fiq_fosc/1024 中斷標 志 寄存器出棧 清 fiq_tma 中斷標志 中斷返回 n n y y 圖 5-6 irq4 中斷服務程序流程圖 寄存器入棧 判斷是否是 irq4_4khz 中斷? 判斷是否是 irq4_2khz 中斷? 清 irq4_2khz 中斷標志 調用數碼管顯示函數 清 irq4_1khz 中斷標志 寄存器出棧 清 irq4_4khz 中斷標志 中斷返回 y y n n 6 總結 歷經幾個月的畢業設計即將結束，回想這段時間收獲頗多。所做的設計基本上達到了任 務書上的要求，本方案能實現非接觸式的溫度測量，并且感應時間在 3 秒以內，分辨力達到 0.01c,

54、精度在 0.5c 以內。 這里設計的非接觸式紅外人體測溫系統，以 spce061a 單片機作為整個系統的控制中心， 負責控制啟動溫度測量，接收測量數據，計算溫度值，并根據取得鍵值控制溫度語音播放顯 示過程，同時通過音頻輸出通道播報溫度值；紅外測溫模塊負責溫度的測量、采集，并將采 集數據通過數據端口傳送 spce061a 單片機；由 led 鍵盤模組中的鍵盤控制溫度顯示和播放， 數碼管顯示溫度值。 通過對硬件電路的設計我對 protel 軟件的使用更加熟練，這不僅使我對課本上所學的 知識有了更進一步的了解，而且也提高了我的動手能力、理論聯系實際能力。為今后的學習 和工作打下了很好的基礎。但同時也

55、明顯感覺到還有很多地方需要完善和提高，設計的產品 與實際應用還有一定的差距。所以，在今后的工作中，還要不斷的學習充電，掌握更多的技 能。爭取能夠在此基礎上設計出更先進、功能更強大、結構更簡單的智能化儀器 謝 辭 我的畢業設計是在林海波老師的悉心指導下完成的。林老師不僅對我給予了無微不至的 關懷和培養，更重要的是，他對本設計的研究和順利完成傾注了大量的心血。在此，我向老 師表示深深的敬意和衷心的感謝！ 畢業設計中我還得到了其他老師和同學們的熱情幫助，在這里一并表示感謝！ 同時也真誠感謝我所參閱的資料的各位作者，他們的資料也為我能順利完成此次 畢業設計提供了一個平臺。 總之，這次畢業設計對我來說是

56、一次比較全面的、富有創造性和探索性的鍛 煉，完成了我選題時的心愿。同時，林老師無私的敬業精神以及同學們的熱情幫 助也令我深有感觸，對于我今后的學習、工作和生活都將是受益無窮的！ 再一次對林老師表達我的深深的謝意！ 參考文獻： 1孫鵬，紅外測溫物理模型的建立及論證d.吉林大學.2006. 2晏敏,彭楚武,顏永紅,曾云,曾健平.紅外測溫原理及誤差分析j.湖南大學學報 2004,5(10):110-112. 3曹潤強.紅外測溫儀的設計j.攀枝花學院學報，2006,23（6）:87-89. 4 cao xi-zheng,guo li-hong,and li zhuo. infrared radiati

57、on measurement of the aerial target based 0ntemperature calibration and target imagesj. optoelectronics letters,2006,6:0465-0467. 5莊紹雄，張迎春單片機控制的電阻電容在線測量儀j電子測量與儀器學報，1993，7(4)：4045 6羅翼，張宏偉pic 單片機應用系統開發經典應用m北京:中國電力出版社，2005 7黃智偉，朱榮輝，朱衛華無線數字溫度傳感器的設計j傳感器技術，2002，21(9):3133 8梁延貴積分式 ad 轉換器其他專用集成電路分冊m北京:科學技術文

58、獻出版社，2002. 9陳遠金, 程永進, 吳雄偉.紅外溫度傳感器的設計與實現j.中國設備工程，2006，07:48-49. 10蔡維錚.常用電子元器件手冊m.哈爾濱工業大學出版社,1998. 11王魁漢. 溫度測量實用技術m. 北京: 機械工業出版社，2007. 12崔志尚. 溫度計量與測試m . 北京: 中國計量出版社, 1998. 13李軍, 劉梅冬, 曾亦可, 李楚容, 郭明金, 黃焱球, 劉少波, 夏冬林.非接觸式紅外測溫的研究j.壓電與聲 光，2010，3(第三卷):202-205. 14劉迎春，葉湘濱現代新型傳感器原理與應用m北京：國防工業出版社，1998 15趙家貴，付小美新編

59、傳感器電路設計手冊m北京：中國計量出版社，2002 16姚鼎山紅外醫療技術m上海：復旦大學出版社，1993. 17唐岳湘，趙修良，單健，俞紅.紅外人體測溫儀電路的設計j.現代電子技術，2007，15(8)：136-138. 附錄一：非接觸式紅外人體測溫儀的電路原理圖 avss2 vddh dac vdd_p v3 vddh3 vdd vdd_a v5 iob3ioa5 ioa0 iob5 ioa12 ioa4 ice_sda iob0 iob15 avss1 ice_sck vcp ioa14 ioa8 vddh ioa1 vcm iob9 avss1 iob4 osco vddh iob12

60、 iob13 opi vdd_p iob1 sleep osci iob8 ioa11 agc ioa10 iob14 vrt vcp ioa3 iob7 iob10 ioa9 ioa6 ioa2 micp vref2 osci iob6 iob11 ioa15 ice_en osco avss1 vss res_b iob2 vss ioa13 ioa7 micout vss vss vmic vss vddh dac1 dac2dac vss avss1 avss2 micn ioa0 ioa1 ioa2 v5 vdd vss vss vdd_a vref2 avss1 vrt vss v